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摘要：随着全球气候变暖、能源危机问题日益突出，可再生能源成为未来的发展趋势，太阳能发电无区域性、总量丰富、清洁零污染等特点，成为现在最有发展前景和价值的新型能源，其中太阳能光伏发电是可再生能源的利用形式，在使用光伏发电需要研究并网系统的电压稳定问题。本文研究光伏发电并网系统的有功、无功及负荷改变时，系统电压的变化情况，希望分布式光伏发电并网系统电压稳定运行。
关键词：分布式；光伏发电并网系统；配电网电压稳定性；研究
分布式光伏发电并网系统电压稳定性研究
一、光伏发电的原理及分类
1.光伏发电的原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能转变为电能，主要是通过太阳能电池来实现，太阳能电池经过串联后进行封装保护，形成大面积太阳电池组件，然后配合功率控制器等部件形成光伏发电装置。理想状态下太阳能电池光照后会产生一定的光电流，有一部分用于抵消结电流，还有一部分供给负载的电流。在实际的状态下，太阳能电池板前面和背面的电极相接触，而且材料本身具有一定的电阻率，就会有一些损耗，可以将损耗用串联电阻来表示。还有就是由于电池边沿漏电，及制作金属化电极时电池的微裂缝、划痕等处形成的金属桥漏电等，这种损耗用并联电阻来等效。
2.光伏发电的分类
（1）离网型光伏发电系统
太阳能发电是在白天，负荷用电却是在全天，所以离网型光伏发电系统需要配备储能装置，离网型光伏发电系统由光伏阵列、直流防雷汇流箱、控制器、蓄电池、离网逆变器、交流配电柜构成，光伏输出的直流电向蓄电池充电，然后转变为交流电。
（2）并网型发电系统
并网型光伏发电系统分为分布式和集中式，分布式并网型光伏发电系统属于微电网中的分布式电源，其优点是将光伏发电系统中的电直接分配到用户负荷，并且将多余或不足的电力通过连接电网进行调节。而集中式并网型光伏发电系统将太阳能发出的电直接输送到电网中，有电网进行统一分配。并网型光伏发电系统主要由光伏阵列、直流防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜构成。
二、光伏发电并网对配电网电压稳定性的影响分析
开式网络是电力网中结构最简单的一种，电源点通过辐射状网络向若干个负荷节点供电，一般情况下配电网以开式网络运行，形成单端供电网络。当分布式光伏电源接入配点网后，线路的功率流向可能发生改变，光伏发电的出力大小将直接影响线路的功率平衡。含光伏电源的配电网简化等值电路如图1所示。图中Ps1、Qs1为输电线路首端的功率，Ps2、Qs2为线路末端的功率，P、Q为光伏电源的功率出力，PL、QL为并网点的有功负荷和无功负荷，Us为配电网电压，U为并网点电压，即负荷点电压。
式中为线路的有功损耗和无功损耗，UN为额定电压。联立式1-4可知，配电网接入一定容量的光伏电源有助于减小功率传输时的電压损耗，从而提高安装点的电压水平。光伏电源接入后注入的功率越大，电压上升水平越高，安排合适容量的光伏发电出力有利于系统重新达到稳定运行点。
三、浅析配电网中无功补偿应用
电力系统无功功率平衡的基本要求是系统中的无功电源可发出的无功功率应该大于或者等于负荷所需的无功功率与网络中的无功损耗之和。目前在配电网中装设无功补偿设备是改善电网的无功功率分布、提高系统电压水平的有效手段，电力系统中的无功补偿装置主要包括固定电容器（FC）、静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCON）等。其中固定电容器只能收容性无功（即发出感性无功功率），其余几类补偿装置则既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。
电容器供给系统的无功功率大小与其所在安装点的电压的平方成正比，当安装点电压下降时，电容器向系统提供的无功将相应减小。当电网出现故障或者受到其他扰动导致电压下降时，电容器输出的无功减小将可能导致电压继续下降，无功功率调节性能相对较差。静止补偿器由电容器和电抗器并联组成，配以适合的调节装置能实现平滑地改变输出（或吸收）无功功率。当电网电压发生变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态过程中的无功需求。静止无功补偿器具有运行维护简单、功率损耗小的特点。
与静止无功补偿器相比，静止同步补偿器的响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，其最大优势是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流。STATCON的主体部分是一个电压源型逆变器，逆变器的交流侧通过电抗器或者变压器并联接入系统。在实际配电网中，投切电容器组是常见的电压调节措施，而STATCON的成本高、运行维护较为复杂，当前尚未在电网中广泛使用。
目前无功补偿技术的发展和应用都较为成熟，但在配电网无功补偿方面仍存在一些需要进一步完善的问题。无功补偿的目标应为降低电力网的损耗，若只注意补偿用户的功率因数，补偿方案不能起到最大的作用。电容器具备一定的抗谐波能力，但注入系统的谐波含量过大时会对线路设备元件的使用寿命产生较大的影响，谐波治理措施不可或缺。当无功补偿方式不恰当时，配电网可能会出现无功倒送的情三、制定含光伏电源的配电网有功/无功控制方案
光伏电源接入配电网后由于出力过大将导致出现电压越限的情况，为使电网电压能在正常范围内运行，应减小光伏电源的出力，若此时电压水平仍偏高，则可使用动态无功补偿装置来吸收电网中过剩的无功功率，进一步降低电压使配电网重新进入稳定运行状态。
结合配电网的线路特性考虑，为防止出现电压越限的情况，应加强对光伏电源有功出力的控制。因为低压配电网线路的电阻值比电抗值大，线路在输送功率时由有功功率引起的压降变化较为明显，式6列出了具体的数量关系。在电力系统中，光伏电源属于静态元件，不参与系统的功角振荡过程，但其出力情况受外界环境因素影响具有较大的随机性和波动性，因此加强对光伏电源有功出力的控制是关键，光伏电源有功出力的控制方案应具有较强的适应性和灵性。在控制有功功率合理出力的前提下，维持系统的无功功率平衡也是必要的，出现无功不足或者无功过剩都会对电压稳定性产生影响，现有的无功补偿设备和对应的运行控制方案发展较为成熟，已在电网中广泛应用。
四、探究多个光伏电源并网的功率潮流变化
单个光伏电源接入电网对提升电压起到一定作用，光伏电源出力能满足本地负荷后安装点的电压升高。若系统在光伏电源接入前的有功缺额和无功缺额较大，光伏电源接入后仍不能满足本地负荷的功率需求，此时接入点的电压水平无明显提升。为进一步满足负荷需求，多个光伏电源将同时并入到配电网中。在多个光伏电源的共同作用下能够满足本地负荷的需求，同时也可能出现功率过剩的情况。在多电源作用下，线路的功率潮流变得更为复杂，控制单个光伏电源的有功出力不一定能解决电压越限的问题，应对原有的功率控制策略方案进行完善，考虑多个光伏电源的功率特性，制定基于全局最优的控制策略，从而最终达到优化潮流、提高系统电压稳定性的目的。
结语
光伏发电技术具有很好的应用前景，但是由于受到环境和生产成本的限制，限制的电网中覆盖率很低，大规模的应用光伏发电技术是未来的发展趋势。通过理论上分析光伏电源并网后电压越限机理，结合配电网线路的特点对配电网的功率控制方案进行讨论，合理的光伏电源控制策略是光伏发电技术提高电力系统电压稳定性的关键。
参考文献：
[1]陈海焱，段献忠，陈金富. 分布式发电对配网静态电压稳定性的影响[J]. 电网技术，2006，30（19）：27-30
[2]李清然，张建成. 含分布式光伏电源的配电网电压越限解决方案[J]. 电力系统自动化，2015，22：017.
[3]崔荣强，赵春江，吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：化学工业出版社，200：1-7.
关键词：分布式；光伏发电并网系统；配电网电压稳定性；研究
分布式光伏发电并网系统电压稳定性研究
一、光伏发电的原理及分类
1.光伏发电的原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能转变为电能，主要是通过太阳能电池来实现，太阳能电池经过串联后进行封装保护，形成大面积太阳电池组件，然后配合功率控制器等部件形成光伏发电装置。理想状态下太阳能电池光照后会产生一定的光电流，有一部分用于抵消结电流，还有一部分供给负载的电流。在实际的状态下，太阳能电池板前面和背面的电极相接触，而且材料本身具有一定的电阻率，就会有一些损耗，可以将损耗用串联电阻来表示。还有就是由于电池边沿漏电，及制作金属化电极时电池的微裂缝、划痕等处形成的金属桥漏电等，这种损耗用并联电阻来等效。
2.光伏发电的分类
（1）离网型光伏发电系统
太阳能发电是在白天，负荷用电却是在全天，所以离网型光伏发电系统需要配备储能装置，离网型光伏发电系统由光伏阵列、直流防雷汇流箱、控制器、蓄电池、离网逆变器、交流配电柜构成，光伏输出的直流电向蓄电池充电，然后转变为交流电。
（2）并网型发电系统
并网型光伏发电系统分为分布式和集中式，分布式并网型光伏发电系统属于微电网中的分布式电源，其优点是将光伏发电系统中的电直接分配到用户负荷，并且将多余或不足的电力通过连接电网进行调节。而集中式并网型光伏发电系统将太阳能发出的电直接输送到电网中，有电网进行统一分配。并网型光伏发电系统主要由光伏阵列、直流防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜构成。
二、光伏发电并网对配电网电压稳定性的影响分析
开式网络是电力网中结构最简单的一种，电源点通过辐射状网络向若干个负荷节点供电，一般情况下配电网以开式网络运行，形成单端供电网络。当分布式光伏电源接入配点网后，线路的功率流向可能发生改变，光伏发电的出力大小将直接影响线路的功率平衡。含光伏电源的配电网简化等值电路如图1所示。图中Ps1、Qs1为输电线路首端的功率，Ps2、Qs2为线路末端的功率，P、Q为光伏电源的功率出力，PL、QL为并网点的有功负荷和无功负荷，Us为配电网电压，U为并网点电压，即负荷点电压。
式中为线路的有功损耗和无功损耗，UN为额定电压。联立式1-4可知，配电网接入一定容量的光伏电源有助于减小功率传输时的電压损耗，从而提高安装点的电压水平。光伏电源接入后注入的功率越大，电压上升水平越高，安排合适容量的光伏发电出力有利于系统重新达到稳定运行点。
三、浅析配电网中无功补偿应用
电力系统无功功率平衡的基本要求是系统中的无功电源可发出的无功功率应该大于或者等于负荷所需的无功功率与网络中的无功损耗之和。目前在配电网中装设无功补偿设备是改善电网的无功功率分布、提高系统电压水平的有效手段，电力系统中的无功补偿装置主要包括固定电容器（FC）、静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCON）等。其中固定电容器只能收容性无功（即发出感性无功功率），其余几类补偿装置则既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。
电容器供给系统的无功功率大小与其所在安装点的电压的平方成正比，当安装点电压下降时，电容器向系统提供的无功将相应减小。当电网出现故障或者受到其他扰动导致电压下降时，电容器输出的无功减小将可能导致电压继续下降，无功功率调节性能相对较差。静止补偿器由电容器和电抗器并联组成，配以适合的调节装置能实现平滑地改变输出（或吸收）无功功率。当电网电压发生变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态过程中的无功需求。静止无功补偿器具有运行维护简单、功率损耗小的特点。
与静止无功补偿器相比，静止同步补偿器的响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，其最大优势是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流。STATCON的主体部分是一个电压源型逆变器，逆变器的交流侧通过电抗器或者变压器并联接入系统。在实际配电网中，投切电容器组是常见的电压调节措施，而STATCON的成本高、运行维护较为复杂，当前尚未在电网中广泛使用。
目前无功补偿技术的发展和应用都较为成熟，但在配电网无功补偿方面仍存在一些需要进一步完善的问题。无功补偿的目标应为降低电力网的损耗，若只注意补偿用户的功率因数，补偿方案不能起到最大的作用。电容器具备一定的抗谐波能力，但注入系统的谐波含量过大时会对线路设备元件的使用寿命产生较大的影响，谐波治理措施不可或缺。当无功补偿方式不恰当时，配电网可能会出现无功倒送的情三、制定含光伏电源的配电网有功/无功控制方案
光伏电源接入配电网后由于出力过大将导致出现电压越限的情况，为使电网电压能在正常范围内运行，应减小光伏电源的出力，若此时电压水平仍偏高，则可使用动态无功补偿装置来吸收电网中过剩的无功功率，进一步降低电压使配电网重新进入稳定运行状态。
结合配电网的线路特性考虑，为防止出现电压越限的情况，应加强对光伏电源有功出力的控制。因为低压配电网线路的电阻值比电抗值大，线路在输送功率时由有功功率引起的压降变化较为明显，式6列出了具体的数量关系。在电力系统中，光伏电源属于静态元件，不参与系统的功角振荡过程，但其出力情况受外界环境因素影响具有较大的随机性和波动性，因此加强对光伏电源有功出力的控制是关键，光伏电源有功出力的控制方案应具有较强的适应性和灵性。在控制有功功率合理出力的前提下，维持系统的无功功率平衡也是必要的，出现无功不足或者无功过剩都会对电压稳定性产生影响，现有的无功补偿设备和对应的运行控制方案发展较为成熟，已在电网中广泛应用。
四、探究多个光伏电源并网的功率潮流变化
单个光伏电源接入电网对提升电压起到一定作用，光伏电源出力能满足本地负荷后安装点的电压升高。若系统在光伏电源接入前的有功缺额和无功缺额较大，光伏电源接入后仍不能满足本地负荷的功率需求，此时接入点的电压水平无明显提升。为进一步满足负荷需求，多个光伏电源将同时并入到配电网中。在多个光伏电源的共同作用下能够满足本地负荷的需求，同时也可能出现功率过剩的情况。在多电源作用下，线路的功率潮流变得更为复杂，控制单个光伏电源的有功出力不一定能解决电压越限的问题，应对原有的功率控制策略方案进行完善，考虑多个光伏电源的功率特性，制定基于全局最优的控制策略，从而最终达到优化潮流、提高系统电压稳定性的目的。
结语
光伏发电技术具有很好的应用前景，但是由于受到环境和生产成本的限制，限制的电网中覆盖率很低，大规模的应用光伏发电技术是未来的发展趋势。通过理论上分析光伏电源并网后电压越限机理，结合配电网线路的特点对配电网的功率控制方案进行讨论，合理的光伏电源控制策略是光伏发电技术提高电力系统电压稳定性的关键。
参考文献：
[1]陈海焱，段献忠，陈金富. 分布式发电对配网静态电压稳定性的影响[J]. 电网技术，2006，30（19）：27-30
[2]李清然，张建成. 含分布式光伏电源的配电网电压越限解决方案[J]. 电力系统自动化，2015，22：017.
[3]崔荣强，赵春江，吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：化学工业出版社，200：1-7.